渤海湾港口生态风险评估

彭士涛，覃雪波，周 然，王心海，石洪华

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456;2.国家海洋局第一海洋研究所，青岛 266061;3.天津自然博物馆，天津 300074)

港口是国家对外经济联系的门户和枢纽，在国民经济中具有重要作用。港口建设发展不仅带来巨大的经济效益，同时也带来环境问题［1－2］，如影响海岸自然进程、破坏海洋生物栖息地，造成环境污染等［3］。这些影响表明港口具有潜在的生态风险。为了使港口和环境保护协调发展，就必须对其生态风险进行评估，根据评估结果采取有效的风险管理措施。

在生态风险评估过程中，风险值量化是重中之重［4］。由于港口生态风险涉及风险源多、暴露途径繁杂、指标不易量化，使得其风险评估存在一定难度。1997年，Landis和 Wiegers提出相对风险模型(Relative Risk Model，RRM)，该模型有 4 个基本假设:(1)对任意风险小区，风险源密度越大，与生态终点相联系的生境的密度越大，其暴露于风险的可能性就越高;(2)生态终点的类型、种群密度与其相联系的生境密切相关;(3)风险受体对风险源的敏感程度与生境类型相关，受体对风险源越敏感，则对风险的响应程度就越高;(4)作用于生态终点的多个风险可以按其相对风险等级进行累加［5］。由于RRM采用分级系统对评价单元内的各种风险源及生境进行评定，通过分析风险源、生境和生态受体的相互关系，给出区域风险评价综合方法，从而实现区域风险的定量化［6］。在国外，RRM已被成功地运用到水域、海域和陆地等评价［7－10］。在国内，该模型的应用和研究较少，仅见于海岛生态系统［11］、土地利用［12］、土地整理风险评价［13］。本文以天津港为例，首次尝试将RRM模型应用于渤海湾港口生态风险评价，为其环境保护规划和生态风险管理决策提供理论和技术支持。

1 研究区域

天津港是世界等级最高的人工深水港，地处京津城市带和环渤海经济圈的交汇点上，是北京和天津的海上门户，是我国沿海主枢纽港和综合运输体系的重要枢纽，是京津冀现代化综合交通网络的重要节点和对外贸易的主要口岸，是华北、西北地区能源物资和原材料运输的主要中转港，是北方地区的集装箱干线港和发展现代物流的重要港口。2001年11月天津港率先成为北方第一个亿吨大港;2010年吞吐量突破4亿t，其中集装箱吞吐量突破1000万箱，跻身世界一流大港行列。

2 研究方法

2.1 风险小区划分

风险小区划分可采用某些自然存在或人为划定的边界，如山脉、河流、沟谷以及某些保护区的界线等;对于有水域，可采用水体的等深线进行划分［11］。本研究结合行政区域和地理位置对天津港进行风险小区划分，将其分为北疆、南疆、东疆和临港(图1)。

图1 天津港风险小区划分Fig.1 The risk units in Tianjin port

2.2 生态终点、生境、风险源选择

根据RRM要求，生态终点要求能反映评价区域生态意义的区域标志性物种。就渤海湾而言，在该区域分布有浮游植物、浮游动物、底栖动物、鱼类等海洋生物。浮游植物和浮游动物由于对环境变化敏感，常被作为环境指示种［14－15］。底栖生物因其活动能力弱，生活相对稳定、对海洋环境反应敏感，长期以来一直作为监测人为扰动造成对生态系统变化的主要研究对象［16－18］。此外，浮游植物、浮游动物和底栖动物对于本区的生境具有明显依赖性，各类灾害压力引起的生境退化或恶化对其也有间接影响，这些影响可从它们的种类和数量的变化得以体现。因此，本研究选择浮游植物、浮游动物和底栖动物作为评估的生态终点。

生态终点是底栖动物、浮游植物和浮游动物，它们的生境在港口有两种:滩涂和近海水体。两种生境的风险源各不同，滩涂来自港口码头的土地利用;水域来自岸上排污以及海上船舶运输污染和物理扰动。上述风险源可归纳为两大类:港口码头和船舶运输。港口码头主要是建设占用了岸线资源，而船舶运输最主要的影响是油污的排放［19－20］。因此，港口码头和船舶运输的风险分别可用岸线长度和石油排放量表征。

2.3 暴露途径

天津港风险源对其生态终点的影响通过以下暴露算途径实现(图2)。

图2 天津港风险接触暴露途径Fig.2 The risk exposure of route in Tianjin Port

2.4 概念模型构建

概念模型是对风险源、压力、生境和生态终点之间的关系的一系列假设，以此来说明风险评估各组份之间关系。根据图2所示的天津港风险暴露途径，构建一个描述风险源、压力、生境和生态终点间的相互作用关系模型(表1)。

表1 天津港风险源、压力、生境、生态终点间关系Table 1 Exposure-hazard relationship of risk resource，compressive force，ecological receptors in Tianjin Port

2.5 风险值计算

利用RRM，根据压力密度、生境丰度、暴露系数、响应系数等值进行综合计算，获得不同风险源、生境类型、生态终点、风险小区的生态风险值，确定区域生态风险等级。相对风险值是压力密度、生境丰度损失、暴露系数和响应系数之积［5］，公式如下:式中，RS为相对风险值;n代表不同主体，包风险源、生境、生态终点和风险小区;i为风险小区;j为压力源;l为生境;m为生态终点;Sij为风险小区内风险源压力密度;Hil为风险小区内生境丰度损失;Xjl为风险源－生境暴露途径的暴露系数;Elm为生境－生态终点响应途径的响应系数。Sij、Hil、Xjl和 Elm依据文献［11］的方法计算和确定。

3 结果与分析

3.1 风险源

通过实地调查，天津港4个风险小区的风险源见表2。可以看出，在港口码头风险源，东疆最高，与其所占岸线最长相关;而在船舶运输风险源，北疆最高，与其污染程度相对较高相关。

表2 天津港不同风险源Table 2 The different risk sources in Tianjin Port

3.2 压力密度、暴露系数和响应系数

根据风险源数据，可以计算天津港不同港区的压力密度(表3)。压力密度的空间分布和风险源分布特征相同，在港口码头风险源中，东疆最高，而在船舶运输风险源中，北疆最高。由于RRM评估得到的生态风险值反映的是生态风险在不同区域间的空间差异，因此，在表3中，不同风险源的压力密度值是一个相对的数值，压力密度值高并非代表风险源在生态系统中的释放或引起的绝对暴露量就大［12］。

表3 天津港不同小区压力密度Table 3 The density of each risk district in Tianjin Port

暴露系数大小对于衡量不同风险源之间的相对暴露程度具有至关重要的作用，而响应系数是生境中的生态终点对风险源的响应［12］。通常以低、较低、中、较高、高等5种程度来描述暴露和响应的相对强度，并量化为相应的暴露系数或响应系数，0，0.30，0.50，0.70 和 1［11］。对天津港两种风险源在两种生境内的暴露程度进行实地调研发现，港口码头在两种生境中均有暴露，从较低到中等水平，而船舶运输仅在近海水体中有暴露且均较高，据此确定它们的暴露系数(表4)。

表4 天津港风险暴露系数Table 4 The exposure coefficient in Tianjin Port

生态终点与生境类型有密切的联系，生态终点会随生境类型的利用程度而有不同的响应系数［12］。在本研究中，生境利用程度主要取决于港区运营时间长短及吞吐量。总体而言，东疆运营时间较短，其各种生态终点的响应系数较低，而对于北疆，是天津港最老的港区，多年的运营，其各种生态终点响应系数都较高(表5)。

表5 天津港风险响应系数Table 5 The response coefficient in Tianjin Port

3.3 风险源、生境和生态终点的相对风险值

利用RRM计算天津港各个风险小区的风险源、生境和生态终点的相对风险值，结果见图3。由图3可见，在两种风险源中，船舶运输风险相对较大，这可能与运输产生的压力较多相关。在船舶运输中，产生包括物理扰动、污染和改变沉积3种压力，而在港口码头产生的压力只有物理扰动和污染(图2)。同时，近海水体的风险值远大于滩涂(图3)，这是由于水体一方面受到船舶运输的影响，另一方面也受到港口码头影响(排放污染物)。在3种生态终点中，风险值大小排序为底栖动物＞浮游植物＞浮游动物，这是因为在港口建设中，底栖动物受到影响最大，特别是在港区吹填、航道疏浚等工程中，直接造成大量的底栖动物死亡［21］;另外一些对浮游植物和浮游动物影响的环境因子，如污染、物理扰动等也对底栖动物产生影响［22］;浮游植物由于对环境变化敏感，因而其相对风险值要高于浮游动物。

图3 天津港各风险小区风险源、生境和生态终点的相对风险值Fig.3 The relative risk values of risk source，habitat and ecological receptors in Tianjin Port

3.4 综合风险值

利用RRM可以得到天津港4个风险小区的综合风险值，大小为北疆＞南疆＞临港＞东疆(图4)。在综合各小区的风险值的基础上，通过分析比较，按综合风险值的相对高低，可以将生态风险划分为5个等级:0—2，弱风险区;2—4，低风险区;4—6，中等风险区，6—8，较高风险区;8以上，高风险区。可以看出，天津港4个风险小区中，高风险区1个，即北疆;较高风险区1个，即南疆;中等风险区2个(东疆和临港)，低、弱风险区没有(图4)。

图4 天津港各风险小区综合风险值Fig.4 The risk in Tianjin Port

生态风险的高低主要取决于风险源大小。在本研究中，风险源的大小由于占用岸线长度和石油排放量决定。北疆的风险值最高，与其风险源的风险值最高相关。北疆尽管占用的岸线并非最大(仅次于东疆)，但由于是天津港最早建成投入使用的港区，多年的运营，往来船舶多、港区水体石油烃含量较高［23］。其次，生态终点对风险源的响应系数也影响其生态风险。从表5可以看出，北疆的响应系数也明显高于东疆，如底栖动物达到最高值的1。造成响应系数较高的原因与其长期污染，底栖动物种群数量大量减少相关。先前在天津港北疆港区的底栖动物调查表明，在该区域没有采到底栖动物［21］，就说明了这一点。再有，作为老港区，各种基础设置可能较老，影响其污染处理能力，从而增加生态风险。相反，作为新建的港区，尽管东疆港区占用岸线最长，但无论是运营时间还是基础设置都比老港区占有绝对优势了，污染处理能力也较高，因而风险较低。此外，港区的业务经营也可能影响其风险源风险值大小。如北疆以集装箱和件杂货作业为主;东疆以集装箱码头装卸及国际航运、国际物流、国际贸易和离岸金融等现代服务业为主，这些服务业属于低污染业务，也降低了生态风险。

4 结论与管理对策

4.1 结论

(1)天津港的船舶运输相对风险值高于港口码头，近海水体的风险值远大于滩涂，3种生态终点所受到的压力高低为底栖动物 ＞浮游植物 ＞浮游动物。

(2)天津港综合生态风险值可以分为3个等级:北疆属于高风险区，南疆属于较高风险区，东疆和临港属于中等风险区。

4.2 管理对策

在本研究中，天津港4个港区，风险值均在中等水平之上(图4)，表明具有潜在的生态风险。因此，天津港的建设发展要从自然、环境、资源、空间等各个角度考虑海域及海岸线的开发利用，重视开发与保护的协调，力求在发展港口的同时，防治环境污染、保持生态平衡、保护海洋环境，实现海洋经济的健康和可持续发展。

(1)构建环境管理体系

以国家环境保护、海洋保护等相关法律、法规、标准为指导，遵循ISO14000环境管理体系的原则，以“建设生态港口，共享碧海蓝天”为港口环境保护为理念［4］，利用计算机信息系统构建完善的现代环境管理体系，包括环境管理的机构、制度和文件等主要体系，同时配以健全的环境管理信息系统以及强大的资金、技术、管理和人才等资源保证。在环境管理制度建设中，要重点制定一套符合天津港发展的环境标准体系，主要包括污染物排放标准和环境检测方法标准等。

(2)加强环境保护基础设置建设

基础设置包括硬件和软件两部分。在硬件基础设置建设中，首先对天津港现有基础设施污染处理能力、处理效果、地理位置分布等进行调查和评估，根据评估结果对布局、工艺选择进行优化，充分发挥基础设施的效用。其次，完善污水处理体系，加强废水处理，包括集装箱洗箱水、生活污水、化学品污水、船舶含油污水和其它生产含油污水处理和排放;对于新建设的港区，如东疆，要加快港区污水处理设施建设。再次，加强污水处理厂及污水管网建设，优化污水处理工艺，使各类废水能够得到有效的处理。在软件基础设置中，主要是提高环境管理人员业务水平，确保各项制度得到严格执行。

(3)强化环境污染防治

对污染物排放总量和污染源进行控制，降低污染物排放强度。由于船舶运输是最大风险源，因此，要采取有效措施，控制船舶废水直接排放，同时加强控制陆源污染排放，形成海陆污染控制联动，改善港池海域水质。此外，要推广应用新型环保设备，逐步淘汰技术落后、污染严重、效能低下的老旧设备，引进符合国际标准、技术先进、经济安全、节能环保的新型港口机械，减少环境污染。

(4)提高溢油事故的应急防范能力建设

溢油事故是造成港口油污染的重要原因，有可能对海洋生态环境造成灾难性的影响。因此，在码头附近海域配备必要的导助航等安全保障设施，建立和完善船舶交通管理系统，加强码头装卸作业的安全管理并制定相应的防护对策，完善港口溢油应急设备设施，加强应急能力建设。

(5)合理规划和加强对受损海岸带实施生态修复

对于新建、改建及扩建港区，要预测和分析实施后可能造成的环境影响，提出预防、降低环境污染的对策和措施，预防规划实施后可能造成的不良环境影响，协调港口经济生产与环境保护之间的关系。对于老港区，主要是对已受损的海岸带进行生态修复。一方面，改良水工基本断面形状或在原有断面构造基础上增加生物繁殖基质或改良水工构筑物的材料，以使繁殖基质满足保护生物的繁殖水生带，补充其生存因子，促进生物种群恢复。另一方面，采用增殖放流的方法，加快恢复受损的生物种群。

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